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本田 | L15 VTEC 注重的是中高转速下压榨这台 1.5L 引擎的潜力

CLauto酷乐汽车 2019-12-07

本文源自 ASIA VTEC 和 WIKI 百科

本田 L 系列引擎

L 系列是本田在 2001 年推出的全新四缸引擎。和几乎同年推出的 K 系列一起,L 系列和 K 系列共同组成了本田最棒的引擎系列。

相比于 K 系列 1.6L 到 2.4L 的排量,L 系列则低了整整一个级别,仅仅只有 1.2L,1.3L 和 1.5L 三个排量,因此在整体代号上被命名为 L12, L13 以及 L15。

L 系列同时在后期更是推出涡轮版本,可谓是拥有极佳的生命力和通用性。

L15A i-VTEC

对于 L12,其分为 L12A i-DSI 和 L12B i-VTEC,L13 也有类似的分类方式。

虽然从未用在本田 type R 这样高端车型上,L 系列引擎的名头则一点也不小。其的旗舰版本 L15A7(i-VTEC)在 2010 年正式成为 Formula F(方程式 F)的官方赛用引擎。

这台由本田 HPD 部门改装而来的赛用发动机重量仅仅只有 97.5kg,马力则可媲美一些入门级跑车。光光能参与方程式 F 的赛事的能力,就足以说明这款本田 L 系列引擎的优秀之处了。

L15A7 i-VTEC

i - DSI

今天我们的一个重点,则是 L 系列引擎上的 i-DSI 系统,或者称为序列式点火。而在日本则有着非常 " 中二 " 的名字:相位式点火

i - DSI

Ok,这里就要说一些背景知识了。在很久之前,小 C 曾经写过一篇文章,关于本田 S2000 的夭折后续者,本田 S3700。其中资料显示那款 S3700 上搭载的引擎是一款本田 SOHC 引擎,单顶置凸轮轴引擎。

很多人留言给小 C 说本田怎么可能使用一款 SOHC 引擎作为高转速 VTEC 引擎。

而如果各位前往本田 HPD 研发部门官方,不仅仅可以证实 S3700 使用的是 SOHC 的引擎,更会发现即使是方程式 F 中那款 L15A7 i-VTEC 赛用引擎,使用的仍然是 SOHC 单顶置凸轮轴的设计。

那么,为什么本田会放弃 DOHC(双顶置凸轮轴)而在许多车型上甚至是赛用引擎上使用 " 落后的 "SOHC(单顶置凸轮轴)技术呢?

其实,SOHC 不是一个落后的技术,只要运用得到,仍然是杀手级技术。对于 SOHC 设计的引擎,由于一个凸轮轴可以直接驱动所有的气门,因此其提供一个极度紧凑的缸头蓝本。同时单凸轮轴设计能够提供一个非常紧凑的进气门和排气门的角度,从而进一步增加引擎的紧凑和轻量化。

SOHC 1.6 VTEC

而将以上两者结合起来,你就会的拿一个非常紧凑的引擎燃烧室。配合上良好的设计的活塞(本田在 L 系列的活塞使用了来自于 type R 技术的低阻力涂层),紧凑的燃烧室能够提供更好的燃烧效率,更好的燃烧效率意味着更大的马力,本田的公式就是这么简单!

SOHC VTEC

而对于大排量引擎,DOHC 和每缸四气门结构能够更好的帮助引擎高转速下的呼吸,而由于大排量引擎本身就需要的体积,DOHC 引擎所需要的体积相比之下就微不足道。

而对于本田以紧凑和轻量化而出名的设计,尤其是前驱车型,引擎舱内每一寸都是至关重要的,因此,能够满足轻量化和紧凑设计的 SOHC 自然成为了 L 系列第一的选择。

这样看来,即使是采用 SOHC,每缸两气门结构的 L15A i-DSI 也不是那么落后。

SOHC VTEC

然而,和所有本田搭载了 VTEC 的引擎一样,L 系列引擎从排放,输出和经济性综合考虑,最终推出了极高的压缩比。对于 L13A i-DSI,本田权威 asia vtec 给出的数据是相当高的 10.8。

极高的压缩比带来的问题就是巨大的爆震,引擎爆震直接影响引擎的输出,寿命,以及舒适性,为了能够保证在高压缩比下仍然能提供可观的马力和寿命,本田引入了最新的技术 i-DSI。这样,我们就回到了文章的开头。

L13A i-DSI

i-DSI 最早用于航空工业。其的核心是在每个气缸提供两支甚至更多的火花塞,在提供后备系统的前提下,通过多次点火来达到更好的经济性以及更高的排放标准。

而在本田的 i-DSI 中,其提供了每缸两支火花塞的设计,通过两只火花塞不同的点火时间达到加速燃烧的过程,从而减少爆震。

而由于两支火花塞更加高效率的燃烧,同等油气混合的前提下,i-DSI 能够提供更多的马力,在更大的转速区间提供更充足的扭矩,甚至在某种程度上,超越了 VTEC 的效果。

L12A i-DSI

那我们来看看单火花塞结构。

对于单火花塞结构的气缸来说,火花塞点燃的时间到油气混合开始燃烧,再到油气混合完全燃烧是有间隔的。而在油气混合完全燃烧的时候,活塞的位置最为重要。

不在最佳的位置的活塞就会浪费燃烧时候的做功,更可怕的是会引起爆震。因此引擎在不同转速下会匹配不同的点火时间。

同样,由于火焰燃烧的速度是一定的,因此引擎转速越高,火焰燃烧速度不变,则留给油气混合充分燃烧的时间越短,这也就是为何后期车商引入了提前点火这个技术。

在高转速下提前点火,从而保证燃烧效率和马力输出,兼顾环境排放。但是,缺陷显而易见,提前点火是有极限的,超过极限,爆震和环境污染超标就等着你了。

L13A i-DSI

而 i-DSI 则完美规避了这个问题。两个火花塞各负责不同时间不同区域的点火,一个靠近排气气门,一个靠近进气气门。即使面对高转速的时候,通过对点火时间的调整也能够获得最优化的输出。

根据 ASIAVTEC 的解释,在低转速,尤其是拥堵的环境下,靠近进气气门的火花塞优先点火而靠近排气气门的火花塞稍微延迟点火以保证全程浓厚的油气混合的燃烧,从而提供低转速下充足的扭矩。这也是传统 VTEC 引擎最被人诟病的一点。

在中等转速下,排气门火花塞相对更加延迟点火,以匹配发动机转速。在高转速下,两个火花塞同时点火,最大化优化引擎输出。

L15A

而由于上文所说的 SOHC 紧凑的设计,更棒的进气可以被设计出来用以匹配 i-DSI。而本田同时也提供 SOHC VTEC 的技术,如果能够匹配上 i-DSI,可谓是如虎添翼。然而技术难题则是相当巨大。

VTEC

和 i-DSI 不同的是,L15 VTEC 更加注重的是引擎的输出。因此在牺牲了低转速区间下动力,L15 VTEC 注重的是中转速和高转速下尽可能压榨出这台 1.5L 引擎的潜力。

而对于使用了 i-DSI 的本田而言,经济型是重中之重!换句话说,i-DSI 仅仅注重低转速和中转速下的输出,完全忽略了高转速,因此 i-DSI 引擎的红线往往只有可怜的 6000rpm。

所以,搭载 i-DSI 系统的本田引擎,其的潜力相当有限。

L13A i-VTEC

而对于搭载了 VTEC 的 L 系列引擎,其的底子仍然是和 i-DSI 几乎完全一致的 L 系列引擎蓝本。紧凑的设计,狭窄的缸头,超高压缩比,低阻力涂层,塑料材质的进气,用于抵消曲轴的特殊缸头设计,等等。

换句话说,即使是输出取向的 L 系列引擎,其因为保有 L i-DSI 的特征,仍然能够提供相当不错的燃油经济性。

在 L 系列引擎上,和 i-DSI 最大的区别则是 VTEC 使用了特殊的 16 气门设计,因此 City VTEC 曾经表示 L15A VTEC 是本田 VTEC 科技最新的版本。

L15A1 VTEC

在 L15A 上的 VTEC 使用的是被称之为 1 气门 /2 气门系统。

排气气门总是维持 2 气门同步,而进气气门可在单气门和双气门之间切换,因此在表现形式上被称为 12 气门 /16 气门系统。这里很多人对本田 VTEC 系统都有误解。

B18 VTEC Mini Cooper

在最初为本田 VTEC 发扬光大的 B 系列引擎,尤其是杀手中的杀手 B16A 上开创了 3 摇臂布局后,紧接着在经济化取向的 D 系列引擎,尤其是 D15B 上首次使用了 12 气门 /16 气门系统后,很多人就自然地将 3 摇臂系统视为真正的运动取向型 VTEC。

而将 12 气门 /16 气门系统和经济型 VTEC 联系在一起。因此一说到 1 气门 /2 气门系统,总是 " 这是经济型车,和运动无关 " 的态度。其实,这是带有主观色彩的偏见。

VTEC D15B

在一台传统的自然吸气引擎上,油气混合后的压力基本上和外界气压持平。

如果在一台 1.5L 四缸引擎比如 L15A 上,最终每个气缸所能够进入的最大最理想空气体积将在 375cc 左右。由于气压的原因,物理角度是无法将超过 375cc 的体积的空气压进气缸中。

在高转速情况下,由于引擎转速增压,意味着活塞的运动速度增加,意味着给气门开合的时间减少,意味着能够真正进入气缸的空气减少。

为了保证仍然有接近 375cc 的油气混合,这意味着要么增大气门面积,要么增加气门打开时间。

VTEC D15B

然而在低转速的情况下,为了能够保证接近 375cc 的油气混合,引擎其实需要的是更小的气门面积或者更短的气门打开时间。

为了调节这一问题,对于非 VTEC 的车型而言,其唯一的办法就是在调整进气气门和排气气门的开关时间的基础上,优化气门面积,从而在低转速,中转速,高转速区间中选择一个区间,而兼顾另外一个区间。

而对于以 B 系列和 K 系列为代表的 VTEC 引擎,也就是常说的三摇臂布局 VTEC 引擎,其的气门数目是永远维持不变的,即 16 气门系统。

气门数目不变,也就意味着三摇臂 VTEC 引擎实际上是通过调节气门时间来应对不同转速下引擎的需求。

而诸如 D 系列或者 L 系列引擎,其使用的 12 气门 /16 气门或者 1 气门 /2 气门系统,其实是通过更改气门大小来应对不同转速区间的引擎需求。

换句话说,在这个基础之上,只需要足够的调教,三摇臂布局的 VTEC 也可以成为经济取向,而 12 气门 /16 气门系统的 VTEC 也可以成为赛道取向的设计。

L13A i-VTEC

比如说,对于经济取向的 D 系列引擎,其用的是 12 气门 /16 气门系统的 VTEC 引擎。在低转速下使用 12 气门的方式来获得稀薄燃烧,或者用现在最流行的解释是层状进气 / 分层燃烧,已达到经济性的目的。

但如果更换上竞技化的凸轮轴,这样不同数目气门的开启会配合上竞技化气门开启时间,达到不同转速下最大马力的压榨,这套 12 气门 /16 气门系统也可以成为赛用化的 VTEC 引擎。

如果将三摇臂和 12 气门 /16 气门系统一起装在一台本田引擎上的话,在第二级甚至是第三级凸轮轴打开的时候,气门进气量会翻倍,而与此同时,气门的数量可以翻倍,意味着两倍的进气面积。

这会是多么不可思议的一件事情!

D16A6

然而对于 12 气门 /16 气门系统,巨大的缺陷是由于缸头的体积限制,因此气门的大小其实是受到巨大的限制。所以在低排量引擎上,能够真正起到的效果是有所限制的。

但是换句话说,三摇臂系统则因为恒定数量的气门,因此在低转速下能偶提供的输出简直是惨不忍睹,而为了达到 VTEC 的效果,车主必须要牺牲燃油性。以上两点是三摇臂 VTEC 心中的痛。

而在很久之前,在一代技术名机本田三级 VTEC D15B 上,这两套不同的 VTEC 被融合起来。

因此在转速升高的时候,引擎会出现 12 气门开启,16 气门开启,高升程凸轮轴介入这套行云流水一般的过程!而这套技术最终在 12v/16v K 系列引擎上发扬光大。

D15B SOHC VTEC

说回 L15A 引擎上。在低转速下,一个进气气门完全关闭,剩下一个才处于运行状态。因此在和特殊设计的进气,活塞配合下,能够在油气混合的时候形成湍流。

湍流最终帮助油气混合的完全燃烧,虽然效果不能和 i-DSI 相比,但是相比于一般的引擎已经非常出色了。

而在高转速下,所有气门都打开。在本文作者的感受中,双气门打开时间应该在 3500rpm 上下。双起门帮助 L15A 输出了额外的 25% 动力。

L15A i-VTEC

那么会有人问,为何不在 L15A 上将 i-DSI 和 12 气门 /16 气门结合起来?

这样也许动力能够翻倍。问题就出在 1.5L 的排量上。如果结合起来,i-DSI 需要两支火花塞,而同时需要提供额外的 16 气门构造,一台 1.5 升的引擎上是无法容纳如此之多的部件的。

但是,如果能将 i-DSI,三摇臂 VTEC 和 12 气门 /16 气一起整合在一台本田红头上,那画面太美。

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